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TRAITEMENT DES BOUES
A-G Sadowski Responsable du laboratoire SHU-ENGEES Avril 2003
Traitement des Eaux Usées
TRAITEMENT DES BOUES 2003
AntoineAntoine-Georges SADOWSKI Responsable du laboratoire SHU - ENGEES
TRAITEMENT DES BOUES (1)
REGLEMENTATION Â TYPOLOGIE DES BOUES Â PARAMETRES DE CARACTERISATION Â
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TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES Â
Â
Le traitement des boues est défini en fonction de la destination finale des boues.
La boue, c’est l’intimité du couple : Â «effluent - station».
De l’influence de la filière de traitement des boues sur la filière eau  «inter activité permanente des deux filières»
TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES 1)
Contraintes de conception des filières boues » Objectifs du traitement des boues » Contraintes du devenir des boues » La réglementation
2)
Origine des boues 3) Interaction dans un système de traitement » Paramètres influençant le traitement des boues » Interaction sur le traitement de l'eau /boues 4)
Production de boues-paramètres analytiques
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TRAITER L’EAU, C’EST D’ABORD TRAITER LES BOUES 5)Filières
de traitement de boues
» Principe de définition d'une filière boue » Relation état physique et système de déshydratation » Choix et incidence de la stabilisation 6)
Les différentes filières de valorisation possibles 7) Approche économiques de ces filières
DANS 10 ANS, LA PRODUCTION DE BOUES SERA MULTIPLIEE PAR 3 A 4 Réglementation européenne plus contraignante ; Augmentation de la pollution traitée sur les stations d’épuration ; Exigence croissante de qualité.
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DESTINATION DES BOUES Production
France
870 000*
CEE
* t MS / an
7 400 000*
Décharge Agriculture Incinération 27 % 47 %
58 % 42 %
15 % 11 %
QUEL DEVENIR POUR LES BOUES ISSUES DES STATIONS D’EPURATION ? Retour à la terre : valorisation agricole des éléments fertilisants (azote, phosphore) ;
Incinération et récupération de l’énergie ainsi produite ;
Stockage (mise en décharge) option transitoire
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La loi déchet du 13.07.1992 ⇒Les 22 dispositions de l’art 1 » complète les dispositions de la loi de 1975 relative aux déchets - recadrer l’objectif tout en assurant la transposition de la directive CEE du 18 mars 1991 sur les déchets dangereux – –
» notion de déchet «ultime»: «déchet qui n’est plus susceptible d’être traité dans les conditions économiques et techniques du moment, notamment par extraction de la part valorisable ou par réduction de son caractère polluant ou dangereux»
La loi déchet du 13.07.1992 » « à compter du 1er juillet 2002, les installations d’élimination des déchets par stockage ne seront autorisés à accueillir que des déchets ultimes » – –
» «le transport, les opérations de curtage ou de négoce de déchets visés à l’art 8 règlementés et soumis soit à autorisation.... soit à déclaration… »
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Valorisation agricole - Textes Deux textes récents rénovent la réglementation relative à l’épandage des boues de stations de traitement des eaux usées ;
1) Décret N°97-1133 du 8.12.1997 (JO du 10.12.1997) relatif à l’épandage des boues issues du traitement des eaux usées
2) Arrêté du 8.01.1998 (JO du 31.01.1998) Prescriptions techniques applicables aux épandages des boues sur les sols agricoles pris en application du décret du 8.12.1997.
Valorisation agricole - Décret du 8.12 .1997
a) Définition de la boue
Sédiments résiduaires des installations biologiques ou physico-chimiques
Les matières de curage après traitement pour diminuer la teneur en sables et en graisses
Les matières de vidange issues des dispositifs non collectif d'assainissement
Les boues sont considérées comme des déchets au sens de la loi du 15.07.1975
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Valorisation agricole - Décret du 8.12 .1997
Les exploitants des unités de collecte et de traitement sont producteurs de boues ; il leur incombe à ce titre d’en appliquer les dispositions. L’exclusion du champ d’application ; les produits composés en tout ou partie au titre de la loi du 13.07.1979, bénéficiant d’une homologation ou, à défaut d’une autorisation provisoire de vente
Valorisation agricole - PRINCIPES • Les épandages sont réalisés après des études préalables, font l’objet d’un suivi, et des registres en assurent la traçabilité. • Les producteurs de boues sont responsables des boues jusqu’à leur élimination. • La qualité des boues doit garantir leur innocuité.
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Valorisation agricole - Qualité des boues • Les boues doivent avoir fait l'objet d'un traitement de manière à réduire leur pouvoir fermentescible et les risques sanitaires liés à leur utilisation. • Les teneurs limites en éléments-traces dans les boues sont divisées par deux par rapport à l’ancienne réglementation. • Des teneurs limites en composés-traces organiques sont introduites.
Valorisation agricole - EPANDAGE • l'épandage des boues ne peut être pratiqué que si celles-ci présentent un intérêt pour les sols ou la nutrition des cultures ou des plantations. • l'épandage est interdit à certaines périodes (gel, enneigement,...) et dans les terrains à forte pente. • Tout épandage est subordonné à une étude préalable réalisée par le producteur. Cette étude doit définir l'aptitude du sol à recevoir l'épandage, son périmètre et les modalités de réalisation.
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Valorisation agricole - EPANDAGE • L'épandage de boues provenant de stations moyennes ou grosses doit faire l’objet (par le producteur) d’un programme prévisionnel annuel puis d’un bilan agronomique annuel. • Une solution alternative d'élimination des boues doit être prévue pour pallier un éventuel empêchement temporaire.
Valorisation agricole - EPANDAGE • Des distances minimales doivent être respectées par rapport aux berges et aux points de prélèvement d'eau. • Les dépôts temporaires en bout de champ ne seront autorisés que pour des boues solides et stabilisées, et uniquement pendant une période limitée à l'épandage.
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Valorisation agricole - SURVEILLANCE • Les producteurs doivent tenir à jour un registre indiquant la provenance et les caractéristiques des boues, les dates d'épandage, les quantités épandues, afin d’assurer la traçabilité des épandages. Une synthèse des toutes ces informations est transmise chaque année au Préfet. • Les producteurs de boues doivent assurer la surveillance de la qualité des boues et des sols.
Valorisation agricole - SURVEILLANCE • Le Préfet est chargé d’assurer le contrôle • Des organismes indépendants du producteur des boues peuvent être chargés du suivi général des épandages. • Un comité national de suivi de l’épandage des boues a été mis en place en février 1998 pour permettre, en étroit partenariat avec l’ensemble des acteurs concernés, de définir des conditions d’épandage qui recueillent la confiance de tous.
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Valorisation agricole - Arrêté du 8 janvier 1998 Nombre d’analyses de boues < à 32t < 1800 EH*
Tonnes de MS (hors chaux)
32 à 160t 1800 à 9000EH*
Valeur agronomique
2
4
Eléments- traces métalliques
2
2
Composés organiques
-
2
* Capacité estimée sur la base de 48 g de MS/EH.j Si 60g de MS/EH.j Ð 2000 EH = 44t de MS/an
Valorisation agricole - Normes NFU 44 - 041
L’arrêté
du 29.08.1998 portant application obligatoire de la norme NFU 44-041 est abrogé.
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EVACUATION EN CET 2 Décret du 15.05.1997 - Classification des déchets dangereux Les déchets provenant des « stations d’épurations des eaux usées » ainsi que les déchets provenant des installations de traitement des déchets sont classés sous le code : 19 000
Arrêté du 9.09.1997 relatif aux décharges de déchets ménagers (classe 2) Cet arrêté abroge la circulaire de 11.03.1987 qui régissait les conditions d’admission des déchets en décharge de classe 2 ( type ordures ménagères)
EVACUATION EN CET 2 Déchets
admissibles :
la catégorie E : déchets évolutifs pendant leur stockage prolongé la catégorie D : déchets peu évolutifs pendant leur stockage prolongé
⇒Dans la catégorie D nous trouvons ;
Boues de STEU admissible si la siccité est au moins égale à 30% Boues de dégrillage sont admissibles ( si la siccité est égale à 30%)
⇒Dans la catégorie E nous trouvons ;
Déchets minéraux à faible potentiel de polluants (sables ?)
⇒ Déchets interdits : déchets liquides ou dont la siccité est inférieure à 30%
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EVACUATION EN CET 2 Date d’application de l’arrêté du 09.09.1998 ; Octobre 1998
Le terme « décharge » est remplacé par « installations de stockage » .
La
date de 2002 doit être considéré comme un cap, qu’on glisserait déjà vers 2005 et de toutes façons, la législation sera déclinée localement dans le cadre de schémas départementaux.
L’INCINERATION
Il s’agit de récupérer les formes d’énergie réutilisables dans la boue que constitue la matière organique, pour détruire par combustion la part oxydable. En termes de devenir final, deux problèmes se posent :
les fumées, dont la composition doit obéir à des limites très strictes, en termes de carbone total, CO, métaux lourds, etc.
les cendres, qui doivent être conformes aux conditions de mise en décharge.
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L’INCINERATION
Au niveau réglementaire, en ce qui concerne les fumées, on applique soit l’arrêté du 21 .01.1991, soit la norme CEE proche de la BimschV90 ( cette norme n’est pas encore rendue obligatoire). En ce qui concerne le devenir des cendres volantes, l’arrêté du 10.01.1996 ne définit que des règles provisoires de classement en mâchefer valorisable en remblai routiers . Concernant la valorisation en tant que filler dans les parpaings, seules des autorisations locales ont été obtenues de la DRIRE. Quant aux résidus de lavage des gaz (REFIOM), ils partent sans ambiguïté en décharge pour DIS de « classe 1 ».
Contraintes de conception des filières boues DESTINATION FINALE FILIERE BOUE
TRAITEMENT EAU
CONTRAINTES
COMPATIBILITES
QUALITE BOUES
RESEAU
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Catégories de contraintes pour le devenir des boues
CONTRA INTES
PHYSIQUE
COMPOSITION
STABILITE
MANUTENTION
PCI
BIOLOGIQUE
SICCITE
STOCKAGE
INNOCUITE
VALEURS
PONDERALE
OLFACTIVE
I. ORIGINE DES BOUES ⇒Boues de curage ⇒Boues primaires ⇒Boues physico-chimiques ⇒Boues secondaire (Boues bio strictes ou mixtes) ⇒Boues mixtes (boues primaire+boues bio strictes) ⇒Boues tertiaires
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ORIGINE DES BOUES
Décanteur primaire
Traitement biologique
Boues primaires
Clarificateur
Traitement tertiaire
Boues biologiques en excès
Boues tertiaires
CARACTERISTIQUES DES BOUES Boues
= Déchets liquides fermentescibles Boues primaires : » favorables à la déshydratation qualité (% M.O. - présence d’hydroxydes) Boues
biologiques :
» défavorable à la déshydratation qualité variable Boues
tertiaires :
» défavorable à la déshydratation qualité (présence d’hydroxyde)
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ORIGINE ET CARACTERISTIQUES DES BOUES
Elles dépendent de la filière de traitement d’eau Boues
primaires :
⇒obtenues par simple décantation, avec ou sans floculation ; ⇒60 à 70 % de matière organique ; ⇒concentration de quelques dizaines de g/l ; ⇒très fermentescibles.
BOUES PRIMAIRES Composition grossière : - Matières organiques - Hydrocarbures lourds - Celluloses - Bactéries, virus Soit : - 25% de protéines - 25 % de lipides - 35% de polysaccharides - 15 % de lignine
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ORIGINE ET CARACTERISTIQUES DES BOUES
Elles dépendent de la filière de traitement d’eau Boues
biologiques :
⇒engendrées par la combinaison de phénomènes de floculation et de matériel cellulaire issu de la consommation de la matière organique dissoute ; ⇒concentration de quelques g/l ; ⇒caractère fermentescible variant de façon croissante avec la charge appliquée à la station.
BOUES BIOLOGIQUES Composition grossière : - Matières organiques - Débris de cellule - Enveloppe bactériennes - Colloïdes organiques Soit : - 50% de protéines - 5 % de lipides - 15% de polysaccharides - 30 % divers
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TYPOLOGIE DES BOUES DIVERS
ETATS PHYSIQUES DES BOUES
⇒ Liquide (siccité de 0 à 3 %) ⇒ Liquide épais (siccité de 4 à 5 %) ⇒ Pateux thixotrope (siccité de 6 à 18 %) ⇒ Plastique (siccité de 18 à 30 %) ⇒ Solide friable (siccité supérieure à 30 %)
TYPOLOGIE DES BOUES Boue liquide
boue pâteuse
Boue solide
Boue sèche
1 à 10%
10 à 30%
30 à 90%
> 90%
Caractéristiques physiques
boue non déshydratée
convoyage
pompage centrifuge ou volumétrique
boue déshydratée pelletable mise en tas faible pompage volumétrique ou par vis
mise en tas : OK boue gerbable et émottable tapis, vis, pompe volumétrique
boue pulvérulente ou granulée tapis ou système pneumatique
Siccité
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DEFINITIONS DES PARAMETRES Concentration Siccité Taux
de capture Volume des boues Débit massique Débit hydraulique
TERMES PRINCIPAUX UTILISES EN TRAITEMENT DES BOUES ABREVIATIONS
SIGNIFICATIONS
UNITES
IM
Indice de Mohlman
ml/g
Vd30’ MES
Volume décanté en 30mn Matières en suspension (obtenues après filtration ou centrifugation puis séchage 105°C) Matières sèches totales (obtenues après séchage à 105°C) Matières minérales (obtenues après calcination à 550°C) Matières volatiles sèches (matières sèches - matières minérales)
ml/l
MST MM MVS
mg/l g/l g/l mg/l
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TERMES PRINCIPAUX UTILISES EN TRAITEMENT DES BOUES (Retour en Tête) ABREVIATIONS
SIGNIFICATIONS
UNITES
Red/ox pH
Rotentiel d’oxydo-réduction Potentiel d’hydrogène
mV pH
DCO DBO5
Demande chimique en oxygène Demande biologique (ou biochimique) en oxygène après 5 jours Formule chimique de l’ion ammonium Azote Kjeldhal (NH4+ + N organique) Ortho phophate
mgO2/l
NH4+ NTK PO4
mgO2/l mgN/l mgN/l mgP/l
Rappel paramètres quantifiables ⇒MS / MVS / MES ⇒masse = conc x volume (5g/l x 1000 m3=5000 kg) ⇒siccité
⇒volume
=
M.S M. brute
=
Masse.M.S 1 × = m3 Siccité.1000 d
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SICCITE
Siccité =
P2 − P0 P1 − P0
Taux de capture d’un équipement de traitement Epaississeur
⇒Rdt de capture =
Qalim.Calim− Qsv.Csv ×100 Qalim.Calim
⇒Qsv = Q alim - Q ep GDD(grille d’égoutage)
⇒%C
=
Qalim.Calim− Q(F+L) .C(F+L) Qalim.Calim
» F = filtrat » L = lavage
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Indice de Mohlman: IM
» C’est le volume en ml occupé par un gramme de boue après décantation de 30 mn: sans dilution
im =
V30(ml / l) MES(g / l)
INDICE DE DECANTATION = VOLUME OCCUPE PAR 1g DE BOUES APRES 30 MINUTES DE DECANTATION
IB =
V D 3 0 ( m l / l) (ml/g) M E S B A ( g / l)
INDICE DE BOUE (ml/g)
ET Taux de boues après 30 minutes de décantation (ml/l)
Concentration en MES (g/l)
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TAUX DE BOUES ET TESTS DE DECANTATION: DILUER OU NE PAS DILUER ? Après 30 min
Pas de dilution:
250 ml
Taux de boues
Après 30 min
Sans dilution:
=
250 = 25% 1000
Après 30 min
1ère dilution par 2
Après 30 min
2 ème dilution par 2 Taux de boues
800 ml
350 ml
150 ml
150 × 2 × 2 1000 600 = 1000 = 60% =
Méthode analytique : %MVS
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Paramètres influençant la qualité des boues Influence
qualité boues
⇒ type de réseau: R sep / R unitaire ⇒ temps sec / temps de pluie ⇒ état de l’effluent: H2S ⇒ nature de l’effluent: soluble / particulaire ⇒ % de MVS sur l’effluent d’entrée ⇒ filière eau
INTERFERENCES SUR LA CHAINE DE TRAITEMENT ⇒ Taille de l’installation ⇒ Filière eau (P biologique) ⇒ Temps sec / Temps de pluie ⇒ Facteurs influants sur les caractéristiques des boues » condition de collecte ...... » origine des boues (I/II/III) » réactifs » conception / exploitation de l’installation » IM / %MV
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Impact du traitement des boues sur le traitement de l ’eau L’anoxie prolongée la boue est le siège d'une modification de structure importante concrétisée par une hydrolyse partielle de la matière organique, réaction comparable à la première phase d'acidification de la digestion anaérobie. Cette dégradation conduit à la production d' H2S, C02, acides butyriques propioniques, etc.
Impact du traitement des boues sur la qualité des boues
le retour à la normale est une opération très difficile et de longue haleine. 24 H D'EPAISSISSEMENT EN TROP C'EST 50 % DE POLYMERE EN PLUS 2 POINTS DE SICCITE EN MOINS 48 H D'EPAISSISSEMENT EN TROP C'EST 100 % DE POLYMERE EN PLUS 4 POINTS DE SICCITE EN MOINS
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Amplification des retours en tête Pollution de retour en tête : a . X X
X 1- a
Flux à traiter = X / (1-a)
Eau traitée X Filière eau Y 1-a Filière boues
a X 1-a
Evacuation des boues = Y
Charges des retours en tête de différentes filières boues Filière eau Filière boues
Aération prolongée
Aération prolongée
Flottateur + Filtre-bande
Epaiss-gravitaire
+ Filtre-bande
Déc-primaire + Aéra-prolongée Epaiss-séparé + Digestion-ana + Filtre-bande
Retours en tête en % par rapport de la charge de l'effluent brut Débit DBO5 MES NTK Ptot
22 5 12 5 1
11 25 25 8 5
15 17 19 25 10
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PRODUCTION DE BOUES BIOLOGIQUES ƒS = Smin + Sdur + (0,83+0,2.log Cm)DBO5 +K’.Nit - Fuite MES ƒS = production de boues biologiques en excès Smin = partie minérale des MES = MES x (100-% MVS) Sdur = partie non biodégradable des matières volatiles en suspension (MVS) Sdur = 0,1 à 0,3 x MVSƒ de l'influent Cm = charge massique appliquée kg de DBO5/kg MV/j
Production Boues Physico-chimiques Traitement
du phosphore
⇒Phosphore soluble uniquement ⇒M.PO4 + M(OH)3 Boues
physico-chimique = 6 à 8 x Psoluble à précipiter ( 2 mg/l) Boues physico-chimique = 8 à 12x Psoluble à précipiter ( 1 mg/l) % MVS chute par l’apport de ces boues minérales
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LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES
Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä
SCHEMA GENERAL DU TRAITEMENT DES BOUES BOUES PRIMAIRES
BOUES MIXTES
BOUES D'AERATION PROLONGEE
BOUES DES SYSTEMES EXTENSIFS
CONCENTRATION
STABILISATION
CONCENTRATION
CONDITIONNEMENT
DESHYDRATATION
COMPOSTAGE
STOCKAGE
COMMERCIALISATION
INCINERATION
MISE EN DECHARGE CONTROLEE
COMPOSTAGE
REPRISE - EPANDAGE
VALORISATION AGRICOLE
VALORISATION AGRICOLE
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SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES boues primaires
boues mixtes fraiches
boues biologiques
épaississement
épaississement
épaississement
stabilisation anaérobie
stabilisation anaérobie
stabilisation aérobie thermophile
boues tertiaires
stabilisation aérobie thermophile
conditionnement
stabilisation chimique traitement complémentaire
déshydratation
SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES
boues tertiaires boues boues biologiques
mixtes
épaississement
stabilisation aérobie thermophile
suite filière
stabilisation anaérobie
fraiches boues primaires
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SCHEMA GENERAL DES TRAITEMENT DES BOUES
boues primaires
épaississement stabilisation anaérobie
boues biologiques
conditionnement
déshydratation
épaississement boues tertiaires
Qualité physique des boues en fonction du traitement Liquide
Liquide épais
pâteux thixotrope
solide plastique
solide friable
épaississement statique épaississement dynamique Filtre à bandes presseuses Centrifugeuse Centrifugeuse HP Filtre presse Lit de séchage apport de Ca0
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FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (2)
Epaississement des boues
LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la réglementation (2 modes de destination) Ä
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SOMMAIRE ⇒Les différentes filières boues » Epaississeur » Flottation » Système drainant (GDE) » Filtre à bande » Centrifugeuse » Filtre - presse » Lit de séchage » Digestion aérobie / anaérobie » Incinération
SOMMAIRE ⇒Siccité selon les différentes filières ⇒Filières en fonction du type du boues ⇒Filière en fonction de la taille des stations
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EPAISSISSEMENT
Epaississement
boues mixtes
⇒Epaississement statique, calculé sur la base de 50 kg MS / jour ⇒Concentration obtenue de 5 à 5,5%
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EPAISSISSEMENT
Epaississement
boues primaires
⇒Epaississement statique, calculé sur la base de 100 kg MS / jour ⇒concentration obtenue de 8 à 10%
EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement Epaississement
conjoint boues primaires et
boues activées ⇒boue en excès: » soit envoyées directement en tête de décantation » soit envoyées dans un épaississeur commun avec les boues primaires
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EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement Epaississement
séparé
⇒les boues primaires sont envoyées dans un épaississeur statique (ne pas confondre avec un silo) ⇒les boues biologiques en excès sont épaissies séparément par flottation ⇒ ⇒L’épaississement séparé concentration plus élevée
EPAISSISSEMENT DES BOUES Les différentes filières d’épaississement ⇒Epaississement .......... boues primaires de 55% à ⇒ 60% boue mixte de 5 à 5,5% maximum ⇒En épaississement séparé, on peut obtenir: » 8% sur les boues primaires avec épaississement statique ⇒ » 4% sur les boues activées avec flottation à eau pressurisée
⇒Le mélange
6 à 6,5%
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L’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR GRILLE D ’EGOUTTAGE
Les
grilles d’égouttage :
⇒égouttage naturel et raclage ⇒Siccité de 6 à 8%
Epaississement dynamique Grille d’égouttage
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L’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR GRILLE D ’EGOUTTAGE Principe ⇒la boue floculée est introduite dans le bac de répartition d’où elle déborde sur la grille d’égouttage. Elle est alors reprise par une série de racleurs qui assurent sa progression vers la sortie de l’appareil tandis que l’eau interstitielle est collectée par un bac à filtrat situé sous la grille. Les racleurs, constitués de plaques métalliques supportant des bavettes en caoutchouc sont montés sur chaînes sans fin maintenues par des roues dentées. Du côté de la sortie des boues, un moteur et un motovariateur assurent l’entaînement de la chaîne.
Page 38 38
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Epaississement dynamique Tambour d’égouttage
Epaississement dynamique Grille d’égouttage
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SCHEMA D’EPAISSISSEMENT DES BOUES PAR FLOTTATION PRESSURISATION INDIRECTE
SOUS NAGEANT BOUES EPAISSIES
BOUES DE FOND
BOUES
PRESSURISATION DIRECTE
SOUS NAGEANT BOUES EPAISSIES
BOUES
BOUES DE FOND
LA FLOTTATION Flottation par air dissous Flottation:
production de micro bulles de 40 à 70
microns. L’uniformité = f (diamètre des bulles émises dans le liquide) ⇒Bulles de 20 microns: vitesse ascensionnelle de quelques mm/s ⇒Bulles de quelques mm de diamètre: vitesse 10 à 30 fois supérieures.
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LA FLOTTATION Flottation par air dissous Les
bulles: effet de flottation si elles s’accrochent aux particules, diamètre bulles < diamètre floc. Production de micro bulles: la pressurisation (détente d’une solution enrichie en air dissous sous une pression de quelques bars).
LA FLOTTATION Flottation par air dissous ⇒
ERU
appareils :
⇒de forme circulaire. ⇒double dispositif de raclage des boues en surface et au fond. Le
racleur de fond est tiré par une passerelle radicale ou diamétrale. La rotation des bras de surface, radiaux, est assurée par celle de la passerelle
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LA FLOTTATION Flottation par air dissous Des
boues flottantes sont reprises dans une goulotte. Les appareils d’un diamètre supérieur à 15 m, possèdent généralement 2 goulottes diamétralement opposées. ⇒ En ERU, la flottation concentration boues > 40 g/l. Vitesse de pointe < 10 m/h. Généralement les polyélectrolytes cationiques: meilleurs résultats.
L’EPAISSISSEMENT DES BOUES L’épaississement des boues activées La
fottation: bonne solution
⇒en marche normale, on peut ne pas utiliser de polymères ⇒mais ces derniers peuvent permettre de faire face à une dégradation de la qualité de la boue, ou à une augmentation de la capacité
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L’EPAISSISSEMENT DES BOUES L’épaississement des boues activées
Charge
de 5 kg MS / m².heure Concentrations de l’ordre de 4% La pressurisation directe, sous une pression d’environ 5 bars
FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (3)
Stabilisation biologiques & chimique des boues
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LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES
Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä
Stabilisation des boues : évolution de la production de H2S et CH3SH
1,6
mg S/g MV
1,4
H2S
CH3SH
H2S
CH3SH
1,2 1
Moyenne charge
0,8 0,6 0,4
Aération prolongée
0,2 0 0
40
80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 Temps (h)
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Actions des différents types de stabilisation efficacité
tampon
fermentations hygiénisation ultérieures
biologique en aération prolongée aérobie anaérobie Deux phases DAT chimique conditionnement minéral post chaulage traitements complémentaires incinération compostage inertage
exploitation fluctuation difficulté qualité
+ (1) + (1) +++ +++ ++ (2)
+ + ++ ++ +++
+ 0 ++ ++ ++
+ ++ + + ++
0 +++ ++ + +
+++ +++
+++ +++
0 0
+++ +++
++ +++
+++ +++ +++ (++)
+++ +++ (+++)
0 0 0
++ ++ ++
+++ +++ -
But de la digestion Appliquée
sur des boues épaissies, la digestion anaérobie a 2 objectifs: ⇒ stabiliser la boue ⇒ réduire le masse de boue, en dégradant une partie des MVS (45 à 50% environ) ⇒ une hygiénisation peut-être obtenue (thermophile)
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Principe de la digestion anaérobie Les
matières organiques (MVS) subissent les réactions biologiques suivantes; ⇒ Phase 1 : Hydrolyse des macromolécules en composés simples (enzymes spécifiques), ⇒ Phase 2 : Production de composés acides, à partir des composés simples (flore acidogène), ⇒ Phase 3 : Gazéification, sous forme de CO2 et CH4 (par une flore méthanogène) »
C5H7O2N + H2O Î 5/2 CO2 + 5/2 CH4 +NH3
Schéma de principe de la digestion anaérobie Matières organiques complexes (sucres, protéines, lipides, ...) Bact. hydrolytiques
HYDROLYSE
Matières organiques simples (osides, pectides, acides aminés, ...) ACIDOGENESE
Bactéries acidogènes
Acides Gras Volatils (AGV) (acétate, propionate, butirate, ...) ACETOGENESE
Bact. acétogènes Acide acétique CH3COOH
CO2 + H2
METHANOGENESE Bact. acétoclastes
Bact. hydrogénophiles CH4 + CO2
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Principe de la digestion aérobie thermophile Il
s’agit d’une oxydation biologique par injection d’air dans une cuve soigneusement brassée. Le principe n’est pas fondamentalement différent d’une boue activée, aux concentrations et à la température près. ⇒ C5H7O2N + 5O2 Î 5CO2 + 2H2O + NO3
Appliquer
en hygiénisation / pasteurisation :
- il faut assurer un Tsh de 30mn à 60°C
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Schéma de principe de la stabilisation aérobie des boues Matière organique complexe (biopolymères : cellulose, lignine, lipides, débris végétaux, ...) Lyse cellulaire
Exoenzymes bactériennes
Matières organiques simples (monomères : glucose, acides aminés, ...) O2
O2
Chaleur
CO2
Acides gras volatils (acides acétique, propionique, butirique, ...)
Biomasse thermophile Respiration
ADP transfert d'énergie
Synthèse
O2 ATP chaleur Respiration endogène Résidus solubles
Biomasse chaleur
O2
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LA DIGESTION DES BOUES Pourquoi une digestion ? Avantages: ⇒Pas de dégagement de mauvaises odeurs stockables même à l’état liquides. ⇒ La teneur en matière organique: 45 à 55% de dépenses d’énergie relativement faibles. ⇒Réduction du tiers de la masse totale des boues » moins de consommation de réactifs de conditionnement » moins des frais de transport en décharge. ⇒Production d’énergie stockable (gaz) et valorisable. ⇒Volume important d’ouvrages = tampon entre la production de boues fraiches et la production de boues déshydratées.
LA DIGESTION DES BOUES Inconvénients
⇒ Coût d’investissement important ⇒ Retour de pollution en tête de station ⇒ Réduction du pouvoir calorifique des boues ⇒ Nécessité d’une exploitation plus attentive qu’avec une stabilisation aérobie ou chimique (après défaillance, le retour à la normale est plus long).
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LA DIGESTION DES BOUES Digestion mésophile et thermophile
2 classes de bactéries méthaniques: ⇒bactéries mésophiles : 35 à 37°C ⇒bactéries thermophiles : 50 à 60°C Avantages: ⇒La digestion thermophile: réduction des temps de séjour. ⇒La boue obtenue: meilleure structure / déshydrabilité plus facile. Inconvénients: ⇒dépenses calorifiques plus élevées, ⇒grande sensibilité aux variations de températures et de charge. La digestion mésophile: le procédé de digestion le plus employé.
La digestion anaérobie Mise en œuvre de la digestion La
digestion anaérobie en 2 phases:
⇒ la 1ère phase : hydrolyse et acidogène à 50°C » TSH : 2 jours et Cv sup à 2,5 kg MV/m3.j
⇒ la 2ème phase : méthanogène à 37 °C » TSH : 10 jours
⇒ Rendement sur les MV : 45 à 50% Avantages
⇒ Volume du réacteur réduit de moitié ⇒ Fonctionnement biologique beaucoup plus stable
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Conditions physico-chimiques Ph
: 7 à 7,5 AGV entre 100 et 500 mg CH3COOH/l TAC entre 1500 et 6500 mg CaCO3/l AGV/TAC inf à 0,25 (0,1 à 0,20) concentration de la boue : 30 à 80g/l Température : 35 à 37°C
La digestion aérobie thermophile Mise en œuvre de la digestion Digestion
aérobie en 1ou 2 cuves ⇒ TSh : 6 à 8 jours maxi ⇒ Apport en oxygène : 2 kg O2/ MVS entrantes ⇒ Aération en moyennes bulles en plancher ⇒ Brassage ⇒ Brise mousse ⇒ Rendement ; 35 à 45% sur le MVS
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LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion Digestion
chauffée et non chauffée
⇒ non chauffée: pratiquement abandonnées, car des temps de séjour considérables (de l’ordre de 90 à100 jours) Aucun
effet d’épaississement n’est recherché
⇒assurer la vitesse de dégradation maximale de la matière organique et une gazéification intense. » température = 35 à 37°C
» brassage énergique » charges atteignant 2 kg de MV/m3.jour, des temps de séjour de 18 jours.
LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion
Performances de la digestion. Caractéristiques des boues et du gaz. ⇒ La qualité d’une digestion = f (réduction de la teneur en matières volatiles, production de gaz)
La réduction des MV sera d’autant plus importante que sa teneur initiale sera, élevée: ⇒ Taux de réduction des MV de 45 à 55%
Une digestion stabilisée = production d’un gaz avec +/- 65% de méthane et 35% de CO2, petites quantités d’H2S, H2, ... ⇒ Le PCI du gaz: 5.000 à 6.000 kcal/m3
H2S = corrosion.
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LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion Forme
et brassage des digesteurs.
⇒Tendance: digesteurs à fond plat, brassés au gaz de digestion sous pression. ⇒ Le rapport optimal: diamètre = 2 * hauteur ⇒Le gaz aspiré:comprimé puis injecté au centre de l’ouvrage ⇒ Le débit: de l’ordre de 1à 1,5 m3/m2.h de surface libre de digestion. ⇒Une couronne centrale, sur le toit du digesteur alimente un certain nombre de cannes d’injection plongeant au fond de l’ouvrage et placées sur un cercle, de façon à avoir une zone d’émulsion de dimension suffisante.
LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion Le
chauffage.
⇒ Les échangeurs externes à eau chaude: les plus sûres et les plus largement utilisées. ⇒ Généralement échangeurs tubulaires, alimentation en eau chaude à une température comprise entre 65 et 80°C. ⇒ L’installation de chauffage soit au fuel, soit au gaz de digestion, calculée pour compenser les pertes calorifiques extérieures des digesteurs et fournir les calories nécessaires au pré-chauffage des boues fraîches.
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LA DIGESTION DES BOUES Mise en œuvre de la digestion Production
et stockage du gaz
⇒ 900 ou 1.000 litres par kg de MV détruite. ⇒ Un stockage minimal de gaz nécessaire pour compenser les variations quotidiennes de production (quelques heures sur une grandes station, une demi journée sur une petites). ⇒ Le stockage: cloches gazométriques en communication avec les digesteurs sous une pression d’une vingtaine de cm de colonne d’eau. ⇒ Si possibilités d’utilisation sous pression (moteurs thermiques, transport à distance...), stockage: réservoirs sphériques sous 2 ou 3 bars de pression.
STABILISATION CHIMIQUE A LA CHAUX VIVE CaO
+ H2O º Ca(OH)2
Une
bonne stabilisation est obtenue avec une dose de l ’ordre de 40%, avec un pH final supérieur à 12 l ’adjonction de la chaux vive permet d ’augmenter la siccité grâce à 2 phénomènes : ⇒ réaction chimique d’extinction de la chaux par l ’eau interstitielle ⇒ effet d’exothermie de la réaction obtenue pendant 30mn (effet négligeable) ⇒ phénomène de cimentation qui se poursuit plusieurs jours ⇒ effet secondaire = stripping de l’ammoniac
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Impact de la stabilisation sur la qualité des boues A é ro b ie
DAT
A n a é ro b ie
C h im iq u e (c h a u x )
ré d u c tio n de 0 - 5 %
ré d u c tio n 40 - 55 %
ré d u c tio n 40 - 55 %
M a tiè re m in é ra le N
c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu p e u d e p e rte s u r M S m a is p e rte e n N d e la p h a s e liq u id e
c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu tra n s fo rm a tio n d e 40 % - du N o rg a n iq u e e n N H 4
P Masse de boue F e rm e n ta tio n u lté rie u re
in c h a n g é ré d u c tio n 0 à 3 % o u i a p rè s 7 2 h e u re s d 'a n o xie s o u s fo rm e liq u id e e n tre 1 e t 6 m o is p e rte d e 5 à 2 5 % d e s M .0 . e t 3 0 -4 0 % N o rg a n iq u e ⇒ NH4
c o n s ta n t d a n s l'a b s o lu tra n s fo rm a tio n d e N o rg a n iq u e ⇒ N O 3 d é n itrific a tio n p o s s ib le in c h a n g é ré d u c tio n 22 à 30 % fa ib le
p a s d e p e rte s u r b o u e d é s h y d ra té e ; h y d ro ly s e d e s M .0 . ju s q u ' à 4 0 % s u r b o u e liq u id e a u g m e n ta tio n de 10 à 50 % s trip p in g d e N H 4 d e la p h a s e liq u id e e t re s s o lu b ilis a tio n d 'u n e p a rtie d e N o rg a n iq u e p ré c ip ité a u g m e n ta tio n d e l0 à 3 0 % trè s fa ib le s i p H > 1 0 ,5 e t m ilie u n o n liq u id e
bonne 45 - 60 2 ,5 - 3 ,5 2 0 ,2 - 0 ,3 2 4 -3 3 0 ,5 -1 1 -3 5 -1 5
fa ib le 4 5 -6 0 2 -3 1 ,5 -2 ,5 0 ,1 5 -0 ,2 5 2 4 -3 3 0 ,5 -1 1 -3 5 -1 5
M a tiè re o rg a n iq u e
D é s in fe c tio n M .0 . % / M S N T o ta l P K C .. Mg Fe . Ca
non 5 0 -6 5 4 -5 2 -2 ,5 0 ,2 -0 ,3 3 3 -3 8 0 ,4 -0 ,8 1 -3 5 -1 5
in c h a n g é ré d u c tio n 22 à 30 % n u lle
o u i s i p H > 1 1 ,5 3 5 -5 0 0 ,8 -2 2 -5 0 ,1 -0 ,2 2 0 -3 0 0 ,4 -2 2 -1 5 1 5 -3 0
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Actions des différents types de stabilisation efficacité
tampon
fermentations hygiénisation ultérieures
biologique en aération prolongée aérobie anaérobie Deux phases DAT chimique conditionnement minéral post chaulage traitements complémentaires incinération compostage inertage
exploitation fluctuation difficulté qualité
+ (1) + (1) +++ +++ ++ (2)
+ + ++ ++ +++
+ 0 ++ ++ ++
+ ++ + + ++
0 +++ ++ + +
+++ +++
+++ +++
0 0
+++ +++
++ +++
+++ +++ +++ (++)
+++ +++ (+++)
0 0 0
++ ++ ++
+++ +++ -
FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (4)
Déshydratation des boues par filtre bande
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LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES
Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä
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FILTRE A BANDE Description ⇒La boue est introduite avec floculant dans un mélangeur équipé d’un agitateur à vitesse variable et se déverse sur une première toile inférieure dans une zone d’égouttage
FILTRE A BANDE - Principe ⇒Dans cette première partie de parcours, la boue est hersée par des peignes e repartie en couche régulière et homogène par un rouleau sur la toile, en même temps qu’est assuré un premier compactage. ⇒Cette disposition assure une excellente évacuation du liquide interstitiel, dont une partie à toujours tendance à se maintenir en surface, en facilitant son passage à travers le lit de boue. ⇒De la qualité de l’égouttage dépend directement le rendement de pressage ultérieur
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FILTRE A BANDE - Principe ⇒Après cette zone d’égouttage, la boue se trouve prise entre la première toile (inférieure) et une deuxième toile (supérieure) dans une entrée en forme de coin qui assure une première compression jusqu’au serrage dû à la mise en tension des toiles sur le tambour.
FILTRE A BANDE - Principe
⇒La pression exercée sur le gâteau est complétée par l’action de 2 ou 4 rouleaux appuyant sur le tambour et commandés par des vérins pneumatiques. ⇒Les deux toiles passent ensuite entre une série de rouleaux de renvoi dont le petit diamètre permet d’augmenter la pression d’essorage, en même temps qu’est assuré un effet de cisaillement qui rompt la structure de la boue.
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DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE
En
sortie, les 2 toiles se séparent et le gâteau est dégagé par 2 racloirs pour évacuation sur une bande transporteuse. Le lavage des toiles est assuré en permanence au moyen d’eau sous pression
Performance du filtre bande » Le rendement optimal adapté à chaque type de boue s’obtient par réglage: - De la tension de la toile - De l’intensité de pressage - De la vitesse de défilement des 2 toiles
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DESHYDRATATION PAR FILTRE BANDE
DESHYDRATATION PAR FILTRE BANDE
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DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE Les valeurs suivantes sont des valeurs obtenues sur des boues type urbain. Capacité kg MS/h.m
Siccité %
Boues fraîches mixtes
150
20
Doses de polymères kg/t MS 4
Boues digérées mixtes
150
20
4
Boues primaire fraîches
250
27
2,5
Boues primaires digérées
250
27
2,5
Boues biologiques moy. charge
100
18
5
Boues biologiques aér. prolong.
80-120
16-18
5
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Avantages et inconvénients Les
filtres à bandes sont bien adaptés aux petites et moyennes installations, leurs avantages sont: ⇒ Un procédé continu et une bonne vision des phases de la déshydratation (égouttage, essorage, cisaillement, pressage ultime), ⇒ Une exploitation facile, ⇒ Une robustesse de l’installation, ⇒ Un investissement et une maintenance réduits ainsi qu’une consommation d’énergie faible.
Avantages et inconvénients Ce
système présente cependant des inconvénients: ⇒ Les toiles peuvent se colmater ⇒ Nécessité d’une forte consommation d’eaux de lavage ⇒ Le système est encombrant ⇒ Un dispositif de ventilation est à prévoir en raison d’une atmosphère humide
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FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (5)
Déshydratation des boues par Centrifugeuse
LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä
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CENTRIFUGEUSE
Déshydratation par centrifugeuse
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Nouvelle génération HP Augmentation
de la vitesse du bol : 2500 à 3000 g (favorable à la siccité et taux de capture) La vis tourne légèrement plus vite que le bol : vitesse différentielle (VR) - si VR faible Tsboue élevé Augmentation du TS boue dans le bol par un nouveau type de bol, abaissement de la VR et augmentation du couple (favorable à la siccité et au taux de capture) augmentation de l’anneau liquide favorable au taux de capture nouvelle technologie de la vis (resistance à l’abrasion)
Performance du procédé centrifugeuse haute performance Ces
performances sont obtenues grâce :
⇒à un augmentation de la vitesse du bol (2500 à 3000 g) ⇒ à une augmentation du Ts des boues dans le dans le rotor (vitesse différentielle plus faible : 2 à 20t/mn) ⇒à la technologie de la vis ⇒choix et dosage en polymère
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Performances des centrifugeuses Diamètre du bol mm 300 Limite massique KgMS/h 180 3 10 Limite hydraulique m /h Nature de boues B.A très faible charge Boues primaires Boues digérées Boues agro-alimentaire
400 400 30
Non HP 15 à 18% 28 à 32 % 17 à 21 % 12 à 15%
500 600 50
600 1100 70
HP 18 à 22% 32 à 38 % 21 à 30% 14 à 17%
Avantages et inconvénients Une
centrifugeuse fonctionne en continu, ses principaux avantages sont: ⇒ Un traitement des boues rapide, ⇒ Le système est bien adapté pour le traitement des boues graisseuses, ⇒ le dispositif est compact, ⇒ La déshydratation se déroule en enceinte fermée donc pas de problème d’odeur.
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Avantages et inconvénients Cependant
ce système peu répandu présente des inconvénients: ⇒ Nécessité d’un personnel qualifié pour le faire fonctionner, ⇒ Appareil cher à l’achat et à l’entretien (abrasion par le sable, prévoir un dessablage), ⇒ Consommation d’énergie importante, ⇒ Consommation de polymère, ⇒ Dispositif bruyant,
CENTRIDRY
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SECHAGE par CENTRIDRY ® : boucle ouverte Cheminée
Polymère
Boue s
CENTRIFUGEUSE
Combustibles fuel gaz biogaz Air
Laveur de buées
Ventilateur
Eau de lavage
Cyclone
Air chaud
Vanne écluse
Air
Générateur gaz chauds
Boues sèches
SECHAGE par CENTRIDRY ® : boucle fermée Polymère Ventilateur
Boue s
CENTRIFUGEUSE
Laveur de buées
Cyclone
Combustibles fuel gaz biogaz
Vanne écluse Air chaud
Air
Boues sèches
Eau de lavage
Générateur gaz chauds Cheminée
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Filière de Traitement des boues ( 6)
Déshydratation par filtre presse
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Filtre presse - Principe
FILTRES PRESSES La
surface des plaques
⇒généralement limitée à 1,5 m X 1,5 m: sinon hétérogénéité de la siccité des gâteaux Le
lavage des toiles
⇒lavage sous pression indispensable ⇒grandes installations Î un système automatique
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FILTRES PRESSES Généralités:
⇒L’épaississeur des gâteaux » temps de filtration = f (épaisseur des gâteau)² » épaisseur Î main d’œuvre, temps de débâtissage et de préparation , mais cycles » épaisseur Î temps de pressée , temps de débâtissage et de préparation » boues d’ERU Î épaisseur de +/- 25 mm à 35 mm
⇒Pression de filtration » pression de +/- 15 bars (boues urbaine) » à 7 bars: siccité du gâteau de 3 à 5%
FILTRES PRESSES Conditionnement
minéral des boues
⇒alimentation chlorure ferrique et lait de chaux ⇒débit variable Conditionnement
organique des boues
⇒alimentation en chlorure ferrique et polymère ⇒débit variable
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FILTRES PRESSES ⇒dosage proportionnel difficile sur un débit variable. On est donc amené à: » transférer un débit de boues constant » doser sur ce débit constant un débit ajustable de chaux et FeCl3 dans 2 floculateurs en série » installer un bac tampon entre la floculation et le pompage d’alimentation
FILTRES PRESSES Les performances conditionnement minéral
Boues fraîches mixtes Boues digérées mixtes Boues primaires fraîches Boues biologiques Boues primaires digérées
Concentration alimentation (%) 6
Durée de filtration (heures) 1,5
Siccité (%)
Ca(OH)2 (%)
38
FeCl3 pur (%) 4,5
4
2
38
4,5
20
8
1
40
3,5
12
6
1,5 à 2h
35
10
30
5
1,5
40
3,5
12
20
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Grille Filtre-presse
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Résultats des essais conditionnement polymère Kerbach Mirecourt Type de boue épaissies épaissies Conc. boues 25-30 g/l 15-27 g/l IB 176 ml/g 250 ml/g MV 70 % 76 % Durée 1 à 3h/30 à 60’ 2h30/2h Polym. 9 à 14 kg/T 10 à 14 kg/T FeCl3 1.8 à 4.5% 1.8 à 4.5% Siccité 26 à 28% 29 à 31% Filtrat 200 à 300 mg/l 30 à 120 mg/l
DESHYDRATATION DES BOUES SUR FILTRE PRESSE La qualité des boues étant variable, les valeurs réelles pourront s’écarter des moyennes du tableau suivant
Boues fraîches mixtes
Concentration Durée de alimentation filtration (%) (heures) 6 1,5
Ca(OH)2 (%)
38
FeCl3 pur (%) 4,5
Siccité (%)
20
Boues digérées mixtes
4
2,0
38
4,5
20
Boues primaires fraîches
8
1,0
40
3,5
12
Boues primaires digérées
5
1,5
40
3,5
12
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Avantages et inconvénients ⇒ Un dispositif fiable ⇒ Une consommation d’énergie la plus faible ⇒ Une siccité supérieure à 30% (35% avec un conditionnement minéral), les boues sont donc gerbables et émottables
Par contre elle présente tout de même certains inconvénients:
⇒ Le filtre presse fonctionne par bâchées; c’est donc un procédé discontinu ⇒ Il est également très encombrant ⇒ Le coût d’investissement est élevé
Filière de traitement des boues en fonction de la taille de station 200 à 1000
F iliè re E p a iss iss e m e n t
E p a iss iss e m e n t s to c k a g e
1000 à 5000
5000 à 10000
10000 à 50000
50000 à 150000
> 150000
E p a iss iss e u r F lo tta tio n D ra in a g e + S ilo D ra in a g e + s ilo
D é s h y d ra ta tio n
F iltre à b a n d e C e n trifu g e u se F iltre p re s se L its d e se c h a g e
S ta b ilis a tio n
DAT A n a é ro b ie
T ra ite m e n t th e rm iq u e
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Filière de Traitement des boues ( 6’)
LITS DE SECHAGE PLANTES DE ROSEAUX
Lit de séchage planté - principe
Le procédé est composé d’un massif filtrant constitué de différentes couches de sable de granulométries différentes qui reposent sur un radier. Des roseaux de type Phragmites communis sont plantés sur le massif qu’ils colonisent en développant un tissu complexe de racines (rhizomes)assimilable à un réseau de drainage. Les boues provenant directement du bassin d’aération sont épandues en surface du lit selon des cycles alternant période de repos et période d’alimentation. Lorsqu’une dose de boues est appliquée, les rhizomes vont favoriser le drainage des percolats, l’élimination de la matière organique et permettre une stabilisation des boues par compostage. La fréquence de curage des lits est généralement de 5 ans.
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Rôle de conductivité hydraulique des racines
Phragmites australis ou Phragm ites comm unis
LITS DE SECHAGE PLANTES DE ROSEAUX Roseaux (Phragmites communis) 4 plants / m2 de lit
Alimentation boues 150 g MES.m-2.j-1
Plantation de mai à septembre Ne supporte pas l'anaérobiose
Eh > 150 / 200 mV v = 0,8 - 1,2 m/s
Répartiteur 1,5 m
Cheminée de ventilation
BOUE 0,1 m 0,1 m 0,1 m 0,2 m
Evacuation des percolats vers tête de station Percolat : MES < 100 mg.l-1 Eh > 300 mV NH4+ + NO3 - < 100 mg.l-1
Terre végétale Sable lavé (2 / 4 mm) Gravier (2 / 8 mm) Cailloux (30 / 80 mm)
Drain (1pour 15 m2 de surface)
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Conception et dimensionnement » La charge maximale admissible est de 150 g MeS/m2/j. » Station à forte variation de charge estivale, on calculera la surface nécessaire avec une charge moyenne de 250 g MeS/m2/j. » il est nécessaire de prévoir un minimum de trois lits. » Il faut un minimum de 4 plants de roseau par m2 de lit. » La surface unitaire maximale d’un lit est de 100 m2 afin d’avoir une alimentation homogène. » Les caractéristiques géométriques préconisées sont hauteur totale maximale = 2 m, hauteur utile à la mise en service 1,5 m (augmentation de l’épaisseur de compost d’environ 20 à 30cm par an), largeur maximale = 5 m maximum (accessibilité pour le curage du lit), longueur = 20m.
Conception-dimensionnement
» L’alimentation s’effectue en prenant un point d’alimentation pour 25 m2 de surface unitaire. » Le diamètre de chaque canalisation d’alimentation est calculé sur la base d’une vitesse de passage de 0,6 à 1,2 m/s. Ce diamètre est au minimum de 60 mm. » Il est essentiel d’assurer une alimentation séquentielle (bâchée) pour optimiser la circulation de l’air (effet de piston). » Il s’agit de “napper” rapidement la surface du lit en cours d’alimentation pour permettre aussi l’homogénéité de la répartition. » Une bâchée correspond à une “hauteur d’eau” comprise entre 5 et 15 cm pour un temps d’extraction de 10 à 20 minutes. » Un débit de pompage de 0,15 m3 /h/m2 de lit est satisfaisant. On prévoira également un système de purge des canaux d’alimentation (gel, fermentations...). » Les drains sont à disposer sur la largeur des lits à raison d’un drain pour 15 m2. » Les percolats renvoyés en tête de station ne sont pas septiques et n’apportent pas de pollution supplémentaire. » Les coûts d’investissement sont situés entre 1500 et 2200 F/m2. ils comprennent le génie civil et les équipements.
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Exploitation
Plantation des roseaux La plantation s’effectue au début du printemps (fin mars à début mai) pour pouvoir assurer rapidement la colonisation racinaire (“rhizosphère”). En absolu, on peut planter jusqu ’en septembre. Entretien des roseaux Jusqu’à la repousse (pendant au moins un mois), il est essentiel de prévoir un arrosage des plants avec de l’eau traitée une fois par jour afin d’assurer l’humidification du lit. Ensuite, il convient d’alimenter en boues les lits à une charge moyenne de 50 g MES/jour/m2 le premier mois, puis à une charge moyenne de 100 g MES/jour/m2 pendant les deux mois suivants. Une suralimentation en boues provoque la mort des roseaux.
Performance attendues Qualité
des boues En période d’alimentation, a siccité moyenne des boues dans les lits se situe à des valeurs proches de 10 %. Après mise au repos forcé (plusieurs semaines, par exemple lors de l’évacuation du compost), la siccité peut atteindre 25 à 35 %. Du fait de l’important temps de séjour des boues, on obtient un abattement de 60 % des MVS. De ce fait la production de boues après “compostage” sera réduite d’environ 40 à 45 %. Qualité des percolats En terme de flux, ces retours sont négligeables.
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DISPOSITIF DE DESHYDRATATION PAR LITS A MACROPHYTES Schoenau (67)
DISPOSITIF DE DESHYDRATATION PAR LITS A MACROPHYTES Schoenau (67)
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FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES (7)
LE COMPOSTAGE AEROBIE THERMOPHILE DES BOUES
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LE COMPOSTAGE AEROBIE DES BOUES
Le compostage est une transformation aérobie thermophile de la matière organique par des microorganismes, sous conditions contrôlées et qui conduit à un résidu organique partiellement stabilisé MO + Micro organismes + O2 Î CO2 + H2O + Produits oxydés + chaleur Apport d’un support carboné ⇒ rapport C/N=25 à 30 Î inférieur à 20 lors de l’épandage ⇒ porosité importante (30 à 40%) pour la circulation de l’air ⇒ rôle d’éponge (rétention de l ’humidité) ⇒ humidité de départ inférieur à 65%
4 phases dans le processus 1ère phase : mésophile avec dégagement de chaleur favorisant la croissance bactérienne (38°C) - 7jours 2ème
phase : la population mésophile est remplacée par une
population thermophile jusqu’à 60°C. Au dessus de 65°C, la dégradation est assurée par une autre flore( bactéries sporulées), la température monte jusqu’à 75°C. - 7 jours 3ème
phase : l’absence de développement bactérien induit
l’arrêt de l’oxydation et une phase de refroidissement- 7 jours 4ème
phase : la maturation du compost commence, avec
une humidification du produit et donc sa stabilisation.Durée minimale 1 mois.
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LE TRAITEMENT DES BOUES (7’)
Oxydation par voie humide
Oxydation thermique Dans la famille de l’oxydation thermique nous trouvons : L’incinération ou co-incinération des boues (résidus de
traitement des fumées toxiques + cendres - machefers) L’oxydation par voie humide Le traitement pyrolytique ou gazéification, combustion de la matière organique sans oxygène (production de méthane valorisable )
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Oxydation par voie humide Les procédés d'OHV sont utilisés pour le traitement d'effluents liquides toxiques ou de boues de stations de traitement. L'oxydation est obtenu par un mélange d'eau et d'oxygène (O2/air) porte à très forte température et sous de très fortes pressions. Suivant la pression et le degré, l'eau est en état sous-critique ou supercritique, d'où l'existence de deux type de traitement: - l'OHV soussous-critique (de 175 a 350°C avec une pression de 2 a 20 Mega Pascal Mpa ou 20 à 200 bars) - l'OHV supercritique (de 375 a 600°C avec une pression de 25 a 35 Mpa ou 250 à 350 bars)
Oxydation par voie humide La principale caractéristique du procede d'OHV en conditions sous-critiques est d'oxyder, en phase aqueuse, - la matière organique contenue dans les effluents, - dans des gammes de température et de pression relativement correctes. L'oxydant a longtemps été l'oxygène de l'air. Cet oxygène provoque un " bouillonnement " dans la phase liquide du réacteur, d'où le terme d’Oxydation Oxydation par Voie Humide. Actuellement, l'air est enrichi jusqu'a 65% en oxygène, ce qui permet de traiter des effluents plus concentrés en matières organiques, sous des conditions moins sévères qu'avec l'air.
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Oxydation par voie humide Les paramètres de l'OHV sous-critique: Température = 175 - 350°C Pression = 2 - 20 Mpa ou 20 à 200 bars Durée de la réaction = 30 - 240 minutes Applications: boues de STEP (paramètres, 200°C et 2 Mpa), - destruction du composé initial > 99,9 % - COT = 80 - 98 % (rendement de destruction)
Oxydation par voie humide
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Oxydation par voie humide
On obtient : - un résidu minéral : 40à50% de siccité - déchet ultime ou additif dans le béton - CO2
- retour en tête ( NH3 + PO4 + MO + DCO réfractaire)
Oxydation par voie humide- retour en tête
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Oxydation par voie humide
Oxydation par voie humide
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Oxydation par voie humide ATHOS
OVH ATHOS
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OVH ATHOS Oxydation
dans un autoclave agité :
⇒ Température : 235 et 285°C ⇒Pression : 50 bars ⇒Tsh = 1h Résultats
à 285°C
⇒DCO = 85% avec DCO résiduelle = 10g/l ⇒MVS = 7,5% ⇒N-NH3 = 0,6 g/l
Oxydation par voie humide Minéralis
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Oxydation par voie humide Minéralis
OVH Minéralis Oxydation
dans un autoclave agité :
⇒ Température : 270 et 300°C ⇒Pression : 70 à 100 bars Résultats
⇒MVS = 3 %
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LE TRAITEMENT DES BOUES (7’’)
Séchage solaire
Séchage des boues Séchage par voie naturelle - lits de séchage à l’air libre sur des boues liquides, combine évaporation naturelle et drainage de l’eau libre à travers une couche filtrante de sables (siccité de 30% sur 3 semaines + impact météo)
- lits de séchage plantés de roseaux à l’air libre sur des boues liquides, combine drainage et évapotranspiration par les plantes et minéralisation des boues ‘(siccité de 15à 20% sur 5 ans) - séchage par rayonnement solaire sur des boues pâteuses, sous serre et fait appel au phénomène d’évaporation (siccité de 60 à 90% + ensoleillement)
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Séchage des boues Séchage par voie thermique - il permet l’élimination quasi-totale de l’eau - siccité obtenue de l’ordre de 90 à 95% - boues obtenues sont pulvérulentes ou en granules
Séchage solaire - principe
- Cette technique consiste à réchauffer de quelques degrés l’air qui va circuler à travers ou au-dessus de la boue - De faibles élévations de température suffisent à augmenter le pouvoir évaporatoire de cet air
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Séchage solaire - principe On distingue essentiellement trois modes de séchage solaire:
-Le séchage solaire à l‘air libre: on se contente simplement d’étendre le produit à sécher au soleil
- Le séchage solaire indirect: l’air est chauffé par un capteur qui peut être distinct de l’enceinte de séchage. - Le séchage solaire direct: le produit est placé sous une couverture transparente (vitre, feuille de plastique).
Séchage solaire- principe
Le séchage solaire indirect
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Séchage solaire- principe
Le séchage solaire direct
Séchage solaire- principe Les moyens essentiellement utilisés sont : - écarter les eaux de pluie, - augmenter le taux d’évaporation par effet de serre et créer un courant d’air, - retourner la boue pour libérer l‘eau capillaire emprisonnée.
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Séchage solaire - principe
Dans les trois systèmes de séchage par rayonnement solaire, la construction de la serre est constituée d’une enveloppe en feuille plastique transparente ou en verre. On y mesure constamment les paramètres de fonctionnement qui sont :
- la température et l‘humidité de l’air à l‘intérieur, - la température et l’humidité de l‘air à l‘extérieur, - le rayonnement solaire, - la vitesse du vent.
Cependant, les ventilations et le système de brassage des boues mis en place différent d’une technique à l‘autre.
Séchage solaire - IST
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Séchage solaire - IST
Séchage solaire - IST
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Séchage solaire - THERMO
Séchage solaire - THERMO
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Séchage solaire - Performances Système Rathus : évaporation 1,2 à 1,5 t H20/m2.an Système Thermo : surface de 1,5 à 3 t de MS/m2.an et consommation électrique (robot +ventilation) : 20 à 30 kwh/t d ’eau évacuée
Système IST : surface de 1 à 2,5t de MS/m2.an et consommation électrique (rouleau +ventilation) : 10 à 30 kwh/t d ’eau évacuée
LE TRAITEMENT DES BOUES (8)
INCINERATION DES BOUES
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Incinération - principe L’eau
interstitielle, transformée en vapeur, et les matières organiques transformées en gaz de combustion, sont rejetées à l’atmosphère. Les matières minérales, transformées en cendres, constituent le résidu ultime à mettre en décharge.
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Incinération - principe Le
processus d’incinération est tributaire de contraintes sévères sur la plan thermique: - l’évaporation de l’eau nécessite un apport de chaleur important - la combustion des matières organiques, génératrice de chaleur, nécessite un apport d’oxygène notable sous forme d’air comburant - la combustion complète oblige à porter les gaz de combustion à une température élevée, 850°C, ce qui nécessite également un apport de chaleur important.
Incinération - principe Ainsi,
afin de ne pas consommer d’énergie fossile d’appoint, il est souhaitable d’arriver à un bilan thermique équilibré, C’est à dire à ce que la chaleur fournie par la combustion des matières organiques soit suffisante pour assurer l’évaporation de l’eau, le réchauffage de l’air comburant et l’élévation à 850 °C de la température de la totalité des gaz de combustion. On dit que l’on est alors en présence de boues autocombustibles.
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Incinération des boues
Composition chimique de la matière organiques des boues La moyenne d’un certain nombre d’analyses sur des boues de provenance diverse donne comme formule approchée de la matière volatiles ;
- C : 50 à 60 % - H2 : 7 à 9 % - 02 : 25 à 35 % - N2 : 3 à 7 %
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Réaction de combustion Réaction de combustion
C + O2 ⇒ CO2 + 94 Kcal / mole H2 + ½ O2 ⇒ H2O + 57,8 Kcal / mole
Le pouvoir calorifique inférieure
le pouvoir calorifique inférieur (PCI) ne comprend pas la chaleur de vaporisation de l’eau contenue dans les produits de combustion ( on considère donc que cette eau reste sous forme de vapeur).
chaleur nécessaire pour évaporer l’eau à 100°C dont chaleur de vaporisation
: 630 kcal/kg : 540 kcal/kg
Le PCI moyen des matières organiques des boues urbaines : 4800 à 5800 kcal/kg La valeur de PCI dépendra du % de MV dépendant du type de boues (primaire, biologiques, digérées...)
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Calcul simplifié du PCI des boues Exemple : Boues à 28% de siccité avec 70 % de MV (MO/MS)
- PCI des MV = 5500 kcal/kg - PCI de la boues = [ % MV x 5500] - [% H20 x 630 kcal/kg] - PCI de la boues = [ 0,70 x 0,28 x 5500] [0,72 x 630] = 624 kcal/kg
PCI des boues siccité de la boue 20% 65 %
PCI en kcal/kg 240 1920
95 %
3000
Remarques bilan proche de la neutralité pouvoir calorifique moyen des O.M (2000 kcal/kg) considéré comme un véritable combustible pauvre (3000 kcal/kg)
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Phénomène de combustion Les phases successives sont les suivantes:
- Echauffement à 100°C - Vaporisation de l’eau - Echauffement et distillation de la matière organique entre 100 & 500°C - Inflammation des gaz de distillation entre 400 & 700°C - Fin de réaction à 800-900°C
Apport en air Air comburant
Air injecté dans le foyer pour apporter la quantité d’oxygène nécessaire à la réalisation des réactions de combustion. Il est en général réchauffé dans un échangeur air/fumée qui permet de récupérer une part importante de la chaleur contenue dans le fumée.
Air excès
Surplus d’air comburant, au dessus de la quantité stoechiométrique, pour assurer une combustion complète de toutes les particules et une oxydation totale des matières organiques.
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Bilan thermique
Le bilan thermique établit la relation entre la chaleur entrante et la chaleur sortante. - Chaleur entrante = PCI de la MO + Fioul + chaleur (air comburant + air en excès) - Chaleur sortante = chaleur sensible des gaz de combustion + chaleur sensible de l’eau contenue dans les boues + pertes thermiques (cendres et four)
Si la chaleur entrante est supérieure à la chaleur sortante, les boues sont auto-combustibles. Dans le cas contraire, il faut apporter une quantité de chaleur d’appoint fournie par un combustible ( fioul, gaz...).
Quels traitements des boues avant incinération La
co-incinération de boues avec les ordures ménagères peut s’effectuer de deux façon différentes ; soit par mélange d’une boue séchée de 60 à 90% de siccité avec les déchets ménagers, soit par injection directe d’un boue pâteuse dans le four de l’UIOM
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Incinération - four fluidisé
Incinération-four fluidisé
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LE TRAITEMENT DES BOUES (9)
PERFORMANCES DES EQUIPEMENTS
LES FILIERES DE TRAITEMENT DES BOUES
Ä Epaississment
Stabilisation Ä Stockage (1) Ä Conditionnement Ä Déshydratation Ä Stockage (2) Ä Reprise Ä Evacuation conformément à la reglementation (2 modes de destination) Ä
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SCHEMA GENERAL DU TRAITEMENT DES BOUES BOUES PRIMAIRES
BOUES MIXTES
BOUES D'AERATION PROLONGEE
BOUES DES SYSTEMES EXTENSIFS
CONCENTRATION
STABILISATION
CONCENTRATION
CONDITIONNEMENT
DESHYDRATATION
COMPOSTAGE
STOCKAGE
REPRISE - EPANDAGE
COMMERCIALISATION
INCINERATION
MISE EN DECHARGE CONTROLEE
COMPOSTAGE
VALORISATION AGRICOLE
VALORISATION AGRICOLE
Qualité physique des boues en fonction du traitement Liquide
Liquide épais
pâteux thixotrope
solide plastique
solide friable
épaississement statique épaississement dynamique Filtre à bandes presseuses Centrifugeuse Centrifugeuse HP Filtre presse Lit de séchage apport de Ca0
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Siccité sur boues biologiques selon les différentes filières F ilière
S iccité
E p aississeu r
2 5 à 3 0 g /l
F lo ttatio n
4 0 à 5 0 g /l 6 ± 1 %
S y stèm e d rain an t F iltre à b an d e
18 ± 2 %
C en trifu g eu se
20 ± 2 %
F iltre p resse - p o ly m ère F iltre p resse - m in éral L its d e sech ag e
28% 35 % 30 à 40%
Filière de traitement des boues en fonction de la taille de station 200 à 1000
F iliè re E p a iss iss e m e n t
E p a iss iss e m e n t s to c k a g e
1000 à 5000
5000 à 10000
10000 à 50000
50000 à 150000
> 150000
E p a iss iss e u r F lo tta tio n D ra in a g e + S ilo D ra in a g e + s ilo
D é s h y d ra ta tio n
F iltre à b a n d e C e n trifu g e u se F iltre p re s se L its d e se c h a g e
S ta b ilis a tio n
DAT A n a é ro b ie
T ra ite m e n t th e rm iq u e
Page 124 124
DESHYDRATATION SUR FILTRE A BANDE Les valeurs suivantes sont des valeurs obtenues sur des boues type urbain. Capacité kg MS/h.m
Siccité %
Boues fraîches mixtes
150
20
Doses de polymères kg/t MS 4
Boues digérées mixtes
150
20
4
Boues primaire fraîches
250
27
2,5
Boues primaires digérées
250
27
2,5
Boues biologiques moy. charge
100
18
5
Boues biologiques aér. prolong.
80-120
16-18
5
Avantages et inconvénients Les
filtres à bandes sont bien adaptés aux petites et moyennes installations, leurs avantages sont: ⇒ Un procédé continu et une bonne vision des phases de la déshydratation (égouttage, essorage, cisaillement, pressage ultime), ⇒ Une exploitation facile, ⇒ Une robustesse de l’installation, ⇒ Un investissement et une maintenance réduits ainsi qu’une consommation d’énergie faible.
Page 125 125
Avantages et inconvénients Ce
système présente cependant des inconvénients: ⇒ Les toiles peuvent se colmater ⇒ Nécessité d’une forte consommation d’eaux de lavage ⇒ Le système est encombrant ⇒ Un dispositif de ventilation est à prévoir en raison d’une atmosphère humide
1
: Tube d’alimentation 2 : Distributeur 3 : Bol 4 : vis convoyeuse
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Performances des centrifugeuses Diamètre du bol mm 300 Limite massique KgMS/h 180 3 10 Limite hydraulique m /h Nature de boues B.A très faible charge Boues primaires Boues digérées Boues agro-alimentaire
400 400 30
Non HP 15 à 18% 28 à 32 % 17 à 21 % 12 à 15%
500 600 50
600 1100 70
HP 18 à 22% 32 à 38 % 21 à 30% 14 à 17%
Avantages et inconvénients Une
centrifugeuse fonctionne en continu, ses principaux avantages sont: ⇒ Un traitement des boues rapide, ⇒ Le système est bien adapté pour le traitement des boues graisseuses, ⇒ le dispositif est compact, ⇒ La déshydratation se déroule en enceinte fermée donc pas de problème d’odeur.
Page 127 127
Avantages et inconvénients Cependant
ce système peu répandu présente des inconvénients: ⇒ Nécessité d’un personnel qualifié pour le faire fonctionner, ⇒ Appareil cher à l’achat et à l’entretien (abrasion par le sable, prévoir un dessablage), ⇒ Consommation d’énergie importante, ⇒ Consommation de polymère, ⇒ Dispositif bruyant,
DESHYDRATATION DES BOUES SUR FILTRE PRESSE La qualité des boues étant variable, les valeurs réelles pourront s’écarter des moyennes du tableau suivant
Boues fraîches mixtes
Concentration Durée de alimentation filtration (%) (heures) 6 1,5
Ca(OH)2 (%)
38
FeCl3 pur (%) 4,5
Siccité (%)
20
Boues digérées mixtes
4
2,0
38
4,5
20
Boues primaires fraîches
8
1,0
40
3,5
12
Boues primaires digérées
5
1,5
40
3,5
12
Page 128 128
Avantages et inconvénients ⇒ Un dispositif fiable ⇒ Une consommation d’énergie la plus faible ⇒ Une siccité supérieure à 30% (35% avec un conditionnement minéral), les boues sont donc gerbables et émottables
Par contre elle présente tout de même certains inconvénients:
⇒ Le filtre presse fonctionne par bâchées; c’est donc un procédé discontinu ⇒ Il est également très encombrant ⇒ Le coût d’investissement est élevé
Typologie des boues Siccité Caractéristiques physiques Convoyage
Boue liquide
Boue pâteuse
Boue solide
Boue sèche
1 à 10%
10 à 30%
30 à 90%
> 90%
Boue non déshydratée
Boue déshydraté Mise en tas : OK Pelletable Boue gerbable et Mise en tas faible émottable pompage pompage tapis, vis, pompe centrifuge ou volumétrique ou volumétrique volumétrique par vis
Boue pulvérulente ou granulée tapis ou système pneumatique
Page 129 129
PERFORMANCES GDE
TAMBOUR D’EGOUTTAGE
SAC FILTRANTS
TASSTER U
FILTRE A BANDE
CENTRIFUGEUSE
SICCITE (%)
7
7à8
faible
10 à 12
14 à 17
16 à 20
35
-
TAUX DE CAPTURE (%) CONSOMMATION DE REACTIF (kg/T de MS) DIMENSIONNEMENT
-
-
-
-
95
98
-
-
6
7à8
-
-
-
-
-
-
80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) espace entre barreaux : 500 µm
80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) maille de 500 à 600 µm
80 (kg de MS/h/m de largeur de grille) -
600 (kg de MS/h)
80 à 100 (kg de MS/h/ m de largeur de bande) pression exercé 2 à 3,5 bars
-
-
-
vitesse relative : 2 à 20 t/min champs centrifuge : 500 à 300.000 g
-
pression de 15 bars pour les boues urbaines
CARACTERISTIQUE DES MACHINES
pression sur boues ~ 0,2 bars
LIT DE FILTRE A SECHAGE PRESSE
Adéquation entre les techniques de traitement et différents types de boues TYPE DE BOUE épaississement gravitaire GDE flottation centrifuge stabilisation anaérobie deux phases DAT déshydratation filtre à bandes centrifugeuse centrifugeuse HP filtre presse lit séchage
physicochimique
primaire
mixte
biologique après DP
biologique sans DP
biologique déphosph
tertiaire
OUI NON NON NON
OUI NON NON NON
déconseillé
NON NON NON
NON OUI OUI OUI
NON (1) OUI OUI OUI
NON OUI OUI OUI
OUI NON (2) OUI
OUI OUI NON
OUI OUI NON
OUI OUI OUI
NON (3) OUI OUI
NON OUI OUI
NON (7) NON (7) NON (7)
NON (4) NON (4) NON (4)
OUI OUI OUI OUI NON
OUI OUI OUI OUI OUI
OUI (5) OUI (6) OUI (6) OUI OUI
NON OUI OUI NON NON
OUI OUI OUI OUI OUI
OUI OUI OUI OUI NON
NON (4) OUI OUI OUI NON
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Dépense énergétique des filières d’épaississement FILIERE
ENERGIE
Epaississement gravitaire Epaississement gravitaire avec soutirage vers Flottation sans polymère atelier complet
1 - 7 kWh/tonne MS 12 - 20 kWh/tonne MS
60 - 120 kWh/tonne MS 0,16 – 0,5 kWh / m3 Centrifugation atelier complet sans 200 - 400 kWh/tonne MS polymère 1,2 – 1,6 kWh / m3 Grille ou tambour de drainage atelier 50 - 80 kWh/tonne MS complet avec polymère
Dépense énergétique des filières de déshydratation FILIERE
ENERGIE
Filtre bande atelier complet + chaulage des boues
120 - 160 kWh/tonne MS
Centrifugeuse atelier complet + chaulage des boues Filtre presse atelier complet Conditionnement minéral
210 - 240 kWh/tonne MS 65 - 80 kWh/tonne MS
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TRAITEMENT DES BOUES(10) APPROCHE ECONOMIQUE
COUT INDICATIF Incinération
⇒Investissement 60 - 140 F/T MS ⇒Coût d’exploitation 600 - 800 F/T MS Séchage
⇒4 à 8 millions - tonne H2O évaporée/h ⇒Coût d’exploitation 250 - 500 F/T MS Décharge
⇒250 - 350 F/T de produit (réception) ⇒Transport - 15 à 40 F/m3 (5 - 10 km) ⇒Stockage - manutention - ( 10 - 15 F/ m3) ⇒Coût d’exploitation 75 - 300 F/T boue ⇒Pour une boue à 35% 300 - 600 T MS/10 (25 km)
Page 132 132
COUTS DE MISE EN DECHARGE Aspects
économique
⇒Selon leurs carctéristiques, les boues seront disposées en site d’enfouissement de classe I ou de classe II. ⇒Les coût peuvent être estimés aux valeurs suivantes selon la destination » Par tonne de produit brut: classe II : 125 à 250 F classe I : 300 à 500 F
» Il est possible alors de déterminer les coût maximum et minimum pour la mise en décharge selo la siccité des boues. Siccité (%) Classe II maximum Classe II minimum Classe I maximum Classe I minimum
20 1250
25 1000
30 835
35 715
40 625
625
500
420
360
316
2500
2000
1670
1430
1250
1750
1400
1170
1000
875
m inim um
DECHARGE
Mise en décharge ⇒ Concerne actullement de l’ordre de 35% des boues résiduaires urbaines
Réglementation ⇒ arrêté du 9.09.1997 : siccité, odeurs, qualité organique,....
Evolution de la filière ⇒ Fermeture des décharges aux boues d’ici 2002.
Contraintes techniques - coût ⇒ Exigences de qualité du produit: » déshydratation » stabilisation » métaux lourds
⇒ $ coût $: » de 225 à 350 F/t pour un centre de classe II » de 350 à 500 F/t pour un centre de classe I
Page 133 133
COUT EPANDAGE AGRICOLE
» Aspect économique
une station de 5.000 éq.hab utilisée à 100% de sa charge nominale avec épandage liquide et une station de 20.000 éq.hab avec épandage de boues pâteuses, filière: depuis la sortie du concentrateur situé sur la station d’épuration jusqu’aux interventions de la mission chargée de la valorisation des déchets, stockage de 6 mois, boues liquides à 30 g MS/l; boues de filtre à bandes à 17% de MS, besoin de stockage de boues liquides: 400 F/M3 (amortissement sur 20 ans), aire de stockage couverte pour les boues pâteuses: 20 à 40 F/éq.hab., coût moyen de l’épandage réalisé par les agriculteurs (ADEME,Agences de l’eau, Ministère de l’Agriculture, 1992), – - Boues liquides:15 à 70 F/m3 – - Boues pâteuses: 80 à 120 F/ m3 à 17% de MS – rayon moyen d’épandage: 4 km S ic c ité E p a n d a g e seu l F /T M S S to c k a g e + r e p r ise + ép andage F /T M S V a l e u r a g r o n o m iq u e ( N - P : 3 à 4 F /k g ) F /T M S
2%
5%
10%
20%
35%
1 0 0 0 -2 0 0 0
400 - 1400
200 - 700
100 - 350
60 - 200
2000 - 3000
800 - 2000
400 - 1000
200 - 500
100 - 350
80 - 160
80 - 160
80 - 160
80 - 160
50 - 100
FILIERE BOUE Dépense énergétique des filières d’épaississement FILIERE Epaississement statique Epaississement statique avec soutirage épaississeur Flottation sans polymère atelier complet sans polymère Centrifugation atelier complet sans polymère Tampbour de drainage atelier complet avec polymère
ENERGIE 1 - 7 kWh/ tonne MS 12 - 20 kWh/ tonne MS 60 - 120 kWh/ tonne MS 0,16 - 0,5 kWh/m3 200 - 400 kWh/ tonne MS 1,2 - 1,6 kWh/M3 50 - 80/ tonne MS
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FILIERE BOUE Dépense énergétique des filières de déshydratation FILIERE
ENERGIE
Filtre bande atelier complet+ chaulage des boues
120 - 160 kWh / tonne MS
Centrifugation atelier complet avec chaulage des boues Filtre presse conditionnement minéral atelier complet
210 - 240 kWh / tonne MS 65 - 80 kWh / tonne MS
Dépense énergétique des filières de déshydratation Filtre
bande atelier complet avec chaulage des boues : 120-160 kWh/ tonne MS Centrifugeuse atelier complet avec chaulage des boues : 210-240 kWh/tonne MS Filtre presse atelier complet : 65-80 kWh/tonne MS
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